Агроэкологическая оценка земель рисовых оросительных систем Краснодарского края для культур рисовых севооборотов

Рисунок 1 - Агроклиматическое районирование Краснодарского края [1, с. 23]

Примечания - 1 - суммы температур за период с температурой выше 10°С; 2 -средний из абсолютных минимумов температуры воздуха; 3 - район с высоким стоянием грунтовых вод.

Низовья р. Кубани, где сосредоточенно рисоводство, относится к третьему агроклиматическому району. Он занимает центральную часть края и простирается с северо-запада на юго-восток. Характеризуется умеренным увлажнением; за год здесь выпадает до 600-700 мм осадков. По теплообеспеченности район делится на пять подрайонов - от очень жаркого с суммой температур за период активной вегетации более 3800°C, до очень теплого с суммой 2800°-3000°C. Рисоводство сосредоточено в основном в подрайонах с жарким климатом с суммой температур выше 10°С равной 3400-3500°C, в том числе за период вегетации - 2920°-3040°C. Несмотря на некоторые различия в теплообеспеченности агроклиматических подрайонов, для рисоводческих агроландшафтов такие колебания температур являются несущественными.

Зима умеренно мягкая; средняя температура января - 1,5-3,0°С. Безморозный период составляет 285 дней, в том числе со среднесуточной температурой выше 10°С - 180-190 дней, выше 15°С - 135-142 дня. Наиболее благоприятные температуры для прорастания риса (15°С) наступают в конце первой - начале второй декады мая.

Лето в регионе жаркое. Среднемесячная температура июля - 22-24°С, а максимальные могут повышаться до 38-40°С. Количество дней с температурой более 20°С доходит до 90. Осадки кратковременные, преимущественно ливневые, за период вегетации выпадает 250-350 мм осадков; относительная влажность воздуха варьирует в интервале 65-75 %. Общее число дней с суховеями - 50-75. Хотя интенсивность их невелика, однако чаще всего они случаются в конце июля - августе.

Одним из отрицательных факторов для рисоводства являются весенние ветры. Они вызывают волны на рисовых чеках, которые способны с корнями вырвать слабо укоренившиеся всходы. Но в целом, климат зоны рисоводства Краснодарского края характеризуется умеренной континентальностью, мягкой зимой, длительным периодом вегетации с достаточно большим количеством тепла. Тепловые ресурсы, несмотря на отмеченные отрицательные погодные явления, благоприятны для возделывания районированных сортов риса, в том числе среднепозднеспелых [1, 36].

2.3 Характеристика почв

В дельте Кубани основными подтипами рисовых почв являются: лугово-черноземные, луговые, аллювиальные лугово-болотные.

Рисовые лугово-черноземные почвы (бывшие черноземы, луговато- и лугово-черноземные) являются преобладающими в восточном секторе древней дельты, протянувшись с севера на юг изломанной полосой шириной от 4-5 до 10-12 км; сформированы на деградированных лессовидных и аллювиальных породах преимущественно тяжелого гранулометрического состава. Такие почвы выделяются также в восточном секторе левобережной части дельты. Лугово-черноземные почвы являются наиболее плодородными, так как имеют изначально высокую мощность гумусовых горизонтов, а по валовым запасам гумуса мало отличаются от черноземов. С началом использования под рисосеяние лугово-черноземные (и черноземы) почвы, развитые на лессовидных породах, теряют благоприятные физические свойства, так как породы быстро утрачивают признаки лессовидности, становясь деградированными, слитыми, вязкими, оглеенными образованиями. Данные почвы характеризуются колебаниями мощности гумусового профиля от 100 до 130 см, реже - до 80 см. Преобладают глинистые разновидности с содержанием физической глины в горизонте “А” от 63 до 73 %, ила 35-44 %, пыли а - 45-58 %. В тяжелосуглинистых почвах эти показатели составляют 47, 33 и 44 %, соответственно.

Описываемые рисовые почвы тяжелого гранулометрического состава относятся к классу очень низкой водопроницаемости (0,025 м/сут.), среднего и легкого соответственно к классам низкой (0,025-0,125 м/сут.) и средненизкой (0,125-0,615 м/сут.) водопроницаемости.

Рисовая лугово-черноземная почва, а также бывший чернозем после 15-летнего использования под рис в сравнении с их богарными аналогами в своем микроморфологическом строении претерпели радикальные изменения: произошло уплотнение и разагретирование компонентов микроструктур, зафиксировано угнетение деятельности биоты (почвенных беспозвоночных) и подвижности гумусово-глинистого вещества, его перекомпоновка и уменьшение количества органики в целом. Эти данные однозначно свидетельствуют о деградации гумусовых горизонтов.

Водно-физические свойства рисовых почв, используемых в богарном звене рисового севооборота, и их сезонная динамика существенно отличаются от почв, непосредственно используемых под рис. У первых отсутствует длительное затопление и связанное с ним развитие восстановительных процессов, и водопроницаемость даже у почв тяжелого гранулометрического состава в 5 10 раз выше. Вместе с тем и эта величина в 5 раз ниже, чем у богарных аналогов, и почвы относятся к классу очень низкой водопроницаемости.

Содержание гумуса в верхнем горизонте рисовых лугово-черноземных почв колеблется от 3 до 4 % и несколько выше. Валового азота и фосфора в верхнем горизонте содержится 0,14-0,26 и 0,13-0,20 % соответственно. Обеспеченность подвижными элементами минерального питания достаточно высока, реакция почвенного раствора в горизонте «А» колеблется от нейтральной до среднещелочной (рН_водн. 6,6-7,9). Емкость почвенного поглощающего комплекса (ППК) изменяется от 25-30 до 35-45 мг экв./100 г. Относительно небольшая часть данных почв (около 15 %) засолена. Соли проявляют себя преимущественно в средней и нижней частях профиля.

Рисовые лугово-черноземные почвы тяжелого гранулометрического состава, имеющие в затопленном состоянии оптимальную водопроницаемость (0,002-0,01 м/сут.), и не осложненные засолением выше слабой степени, являются вполне благоприятными для возделывания риса и сопутствующих культур рисовых севооборотов.

Рисовые луговые почвы территориально располагаются на низменно-равнинной дельте р. Кубани. Сформированы на аллювиальных отложениях глинистого и суглинистого гранулометрического состава. Мощность луговых почв колеблется от среднемощного (50-80 см) до мощного (80-100 см). Признаки гидроморфизма выражены в них несколько сильнее, нежели у почв лугово-черноземных, охристые пятна и блики оглеения уже в пахотном горизонте проявляются ясно. С глубиной признаки гидрогенеза постепенно усиливаются, достигая максимума в почвообразующей породе. Грунтовые воды в межвегетационный сезон залегают на глубине 2 м и ниже. Водно-физические свойства луговых почв в зависимости от гранулометрического состава их профиля довольно разнородны. Тяжелые почвы отличаются высокой плотностью сложения, слитизированностью, пониженной фильтрационной способностью. Почвы среднего гранулометрического состава на суглинистых породах обладают повышенной водоотдачей.

Содержание гумуса может варьировать в широком диапазоне - от 2,5 до 6 %. Почвы в основном хорошо обеспечены запасами элементов минерального питания. Реакция почвенного раствора нейтральная в верхнем горизонте и слабо-, среднещелочная в горизонте С. Сумма поглощенных оснований составляет 30-40 мг-экв./100 г. Среди рисовых луговых почв примерно на 25 % площади распространены засоленные виды, в том числе слабосолончаковые и слабо-среднесолончаковатые. Уровень засоления рисовых луговых почв, за некоторым исключением, не представляет существенной опасности для развития риса, но культуры богарного звена рисового севооборота могут заметно угнетаться.

Рисовые аллювиальные луговые почвы на территории современной дельты выделяются преимущественно в прирусловой части р. Кубани, р. Протока, Ангелинский ерик и другие, а также вдоль некогда функционирующих старых русел и ериков.

Почвообразующими и подстилающими породами для почв служат аллювиальные глины, суглинки и супеси. При строительстве рисовых оросительных систем, проведении строительных планировок эти почвы претерпели наиболее серьезные изменения в своем исходном морфогенезе. Срезки-насыпки на 70-80 % изменили исходную мощность почв в большую или меньшую сторону. Но длительное (30-40 лет и более) их использование под рисосеяние существенно сгладило эти нарушения. Гидроморфные признаки проявляются в пахотном горизонте в виде обилия ржавчины и охристых пятен, сизых бликов.

Водно-физические свойства почв, за редким исключением, достаточно благоприятны для богарного звена рисовых севооборотов. Мощность гумусового слоя достигает 40-50 см, при наличии гумуса в верхнем горизонте от 2,4 до 3,2 %. Содержание подвижных форм элементов минерального питания в почвах среднее, реакция среды изменяется от нейтральной до слабощелочной. Почвенно-поглощающий комплекс (20-25 мг-экв./100 г) на 75-80 % насыщен кальцием. Почвы практически не засолены; спорадически выделяются участки со слабосолончаковатыми разностями с сульфатным или хлоридно-сульфатным типом засоления. Солонцеватые виды отсутствуют.

Рисовые аллювиальные лугово-болотные почвы, сформировавшиеся в основном, в современной дельте р. Кубани на аллювиальных породах тяжелого гранулометрического состава, занимают бывшие днища лиманов, поэтому здесь находятся наиболее низкие и, соответственно, слабоотточные рисовые чеки. Мощность гумусового горизонта у почв варьирует от 20 до 50 см, содержание гумуса в нем - от 2,5 до 7 %.

В микроморфологическом строении рисовых аллювиальных лугово-болотных почв, в сравнении с их целинными аналогами произошла общая гомогенизация органогенных горизонтов, увеличилась степень разложения растительных остатков, появилось больше тонкодисперсного гумусового вещества, повысилась агрегированность и пористость материала. Эти данные свидетельствуют о росте окультуренности рисовых аллювиальных лугово-болотных почв и, в конечном итоге, - повышении эффективного плодородия.

В подтипе рисовых аллювиальных лугово-болотных почв выделено два рода - обычные и засоленные. Обычные (промытые, незасоленные) аллювиальные лугово-болотные почвы занимают 30 % площади их ареала. Среди засоленных аллювиальных лугово-болотных почв преобладают слабосолончаковые и слабосолончаковатые виды при сульфатном и хлоридно-сульфатном типах засоления. Обеспеченность элементами минерального питания в почвах средняя. Реакция почв варьирует от близкой к нейтральной до среднещелочной. Почвенно-поглощающий комплекс достигает 35-41 мг-экв./100 г. [6, 36].

2.4 Гидрологические условия

В дельте и пойме реки Кубани, где сосредоточенны все рисоводческие хозяйства края, развита довольно значительная и разнообразная гидрографическая сеть, оказывающая весьма существенное влияние на гидрологический режим местности и свойств почв. Она представлена системой степных и горных рек, многочисленными ериками, протоками и рукавами, отходящими от основного русла Кубани, дельтовыми озерами - «лиманами», приморскими «лиманами» - лагунами и прочими [6].

Основная рисовая оросительная система края располагается ниже створа плотины Краснодарского водохранилища. К главным объектам ее внешнего водообеспечения относятся: р. Кубань с притоками, Краснодарское, Варнавинское и Крюковское водохранилища, Федоровский и Тиховский перегораживающие гидроузлы на реке Кубань.

Основным источником водоснабжения рисовых систем Краснодарского края является р. Кубань, которая характеризуется следующими гидрологическими параметрами: среднемноголетний годовой сток составляет 13,0 км ³, максимальный - 19,7 км³, минимальный - 7,3 км³. Внутригодовое распределение стока р. Кубани характерно для рек горно-равнинного типа со смешанным питанием (снегово-ледниковое и грунтовое). Оно имеет три пика паводков (летний, весенний, зимний), межень приходится на сентябрь и октябрь, когда основным источником питания становятся грунтовые воды. Паводки оказывают существенное влияние на своеобразный водный режим пойменно-дельтовых почв, соленакопдение в них, развитие окислительно-восстановительных и других химико-биологических процессов. Годовой сток почти поровну делится на две части - межполивной и поливной периоды.

Из общего среднемноголетнего стока реки Кубани непосредственно на орошение риса при КПД оросительных систем 0,74 и площади посевов в 112 тыс. га забирается около 3,0 км³ воды. Почти 9 км³ транзитом уходит в Азовское море, из которых 3,6 км³ составляют паводковые сбросы, а остальное - попуски из водохранилища, необходимые для обеспечения рабочих горизонтов у головного сооружения Петровско-Анастасиевской оросительной системы (ПАОС) для самотечного забора воды из р. Кубань.

В пойме и, особенно в дельте Кубани, весьма широко распространены русла недавно угасшей или временно действующей гидрографической сети. К ним относится, например, Ангелинский ерик, наиболее крупный бывший рукав Кубани, отделяющийся от нее с правой стороны в юго-восточном углу Красного леса. Ниже по течению от Кубани отходят менее значительные угасшие ерики: Полтавский, Георгиевский, Курки и бывший черноморский рукав Старая Кубань. От реки Протоки, ниже г. Славянска на Кубани, отделяются с левой стороны отмершие ерики - Кубанка, Калаус, Большой Перевал, Кара-Кубань и другие, а с правой стороны - бывший ерик Протичка и другие. Многие из ериков и рукавов используются в настоящее время как коллекторы рисовых систем или в качестве опреснительных каналов

Сток Кубани зарегулирован Краснодарским водохранилищем. В среднем, его годовой баланс складывается положительно: приход (13,01 км³) превышает расход (12,6 км³) на 400 млн. м³. Характерным для режима водохранилища является то, что даже в острозасушливые маловодные годы, оно к началу поливного сезона может быть полностью заполнено водой до проектной отметки 32,75 м. Однако, это не является гарантом оптимальной водообеспеченности, так как водоснабжение рисовых систем только на 22 % обеспечивается за счет емкости водохранилища, остальные 78 % - за счет стока р. Кубани в поливной период (июль-сентябрь). Водоносность реки в этот период, по сути дела, определяет степень водообеспеченности рисовых систем оросительной водой [6, 13,36].

2.5 Растительность

Растительный покров в низовьях Кубани отличается довольно большим разнообразием, что обусловлено значительной неоднородностью гидрологических, почвенных и других условий отдельных районов дельты. На пограничных территориях состав и географическое распределение растительности подчинены общезональным (почвенно-климатическим) влияниям. В пойме и дельте, вследствие особенностей гидрологического режима, проявления избыточного увлажнения, развитие зонального типа растительности на большей части территории сильно затушевывается. На участках, которые после периода избыточного увлажнения подвергаются естественному или искусственному осушению и связанному с ним засолению почв, в составе растительности появляются в большем или меньшем количестве солончаковатые формы.

Все разнообразие растительности дельты и поймы Кубани, учитывая гидрологические и другие особенности местообитания, можно объединить в следующие типы: озерно-лиманный, плавневый (болотный), луговой, лугово-степной, солончаковый, пойменно-лесной.

Роль растительности в формировании дельты и ее почвенного покрова особенно значительна и разнообразна. Влияние это проявляется уже с момента появления подводной растительности (рдесты, наяды, роголистника и других), которая, замедляя движение водных потоков ериков и рукавов, вливающихся в море и лиманы, способствует оседанию из воды мути и образованию отмелей, постепенно превращающихся в новые островки суши. Появление на этих островках ивы, главным образом Salix triandra, обладающей мощной корневой системой, скрепляет и предохраняет их от размыва.

Появление болотной растительности - рогоза, камыша и особенно тростника, обладающего густыми сплетениями тонких корней на подводной части стеблей, способствует дальнейшему накоплению аллювия и росту суши. В тоже время, болотная растительность, благодаря высокой транспирационной способности, содействует снижению уровня наземных грунтовых вод, то есть осушению дельты и созданию условий для формирования растительно-наземных почв.

Значительное влияние растительный покров оказывает также на водно-солевой режим почв дельты, затрудняя на стадии развития разнотравно-луговых и луговых сообществ поднятие воднорастворимых солей в поверхностные горизонты почв и предохраняя их от засоления.

Растительность способствует накоплению органического вещества, а результате взаимодействия которого с аллювием в пойменно-дельтовых почвах формируются довольно мощное гумусовые горизонты, достигающие 90 см и более с содержанием перегноя до 7-10 %.

Велика роль в развитии пойменно-дельтовых почв многочисленных микрооршанизмов, принимающих весьма активное участие в многообразных биохимических процессах, совершающихся в почвах [6, 26].

3. Методика проведения агроэкологической оценки и дифференциации земель

Условия возделывания риса радикально отличаются от таковых для богарных культур, что определяет необходимость принципиально иного подхода при разработке современных систем земледелия в рисоводстве. Затопление выступает как ведущий фактор, определяющий водно-воздушный и пищевой режимы, направленность и интенсивность процессов почвообразования и др. Почвы под посевами риса представляют собой самостоятельный тип антропогенно-трансформированных почв, с присущим только ему неогенезом, обусловленным эксклюзивным водным режимом. К отдельному типу отнесены почвы изначально между собой морфогенетически отдаленные, у которых в процессе возделывания риса наблюдается конвергенция свойств.

В связи с этим, для агроэкологической оценки и дифференциации земель оросительных систем для культур рисовых севооборотов разработаны методологические подходы, учитывающие специфические особенности режимов и процессов почвооборазования.

Так, агроэкологический тип рисовых земель - это территория агроландшафта, ограниченная элементарными почвенными структурами, с агроэкологическими условиями, благоприятствующими произрастанию риса, и обустроенная оросительными системами.

Тип земли ранжируется на категории, подкатегории и таксономические единицы более мелкого ранга по характеру агроэкологических условий и способам преодоления лимитирующих факторов.

С целью агроэкологической оценки и группировки земель, используемых под посевы риса, показатели состояния агроэкосистемы объединены в четыре блока: почвенный, агроклиматический, гидрогеологический, землепользовательский. В почве под посевами риса многие свойства, в том числе, морфологические, физические, химические, биологические, минералогический состав, часто теряют свою априорную для богарных почв значимость или опосредуются. При распределении почв по категориям учитываются характеристики, определяющие их генетическую принадлежность - от подтипа до разряда. Так, выделены наиболее информационно значимые показатели почвы, в том числе, характеристики гумусного состояния и ионно-солевого состава, водно-физических свойств, загрязнения тяжелыми металлами. Для каждого показателя рассчитаны нормативные значения по степени благоприятствования условиям произрастания культур рисового севооборота. При выделении подкатегорий земель и более мелких структурных единиц первоочередное внимание уделяют лимитирующим факторам, таким как засоление, осолонцевание, уплотнение и слитизация почв.

В информационном блоке почвы в качестве ключевой компоненты при вычленении категорий рисовых земель следует выделить водопроницаемость, которая является функцией гранулометрического состава почвогрунтов.

Оптимальной нормой водопроницаемости принята скорость фильтрации 0,01-0,002 м/сут. (10-2 мм/сут.). С некоторыми допущениями в этот интервал укладывается большинство тяжелосуглинистых почв, среднесуглинистые и, особенно, легкоглинистые разновидности. В меньшей мере благоприятны тяжелоглинистые почвы, у которых фильтрация может опускаться до нулевых значений, а также среднесуглинистые и более легкие разновидности, у которых нисходящая фильтрация с постоянной скоростью (установившаяся фильтрация) вообще отсутствует.

Для количественной характеристики зависимости урожайности от скорости фильтрации используют коэффициенты урожайности. В соответствии с этим, максимальной урожайности риса, получаемой при прочих равных условиях при скорости фильтрации 0,005-0,009 м/сут., отвечает величина коэффициента 1,0. При фильтрации в 0,002-0,004 и 0,010-0,012 м/сут. коэффициент урожайности понижается на 10-20 %. При фильтрации 0,001 м/сут. и ниже урожайность риса падает на 40-60 %. Та же картина наблюдается при повышении фильтрации до 0,015 м/сут и выше (среднесуглинистые и более легкие разновидности).

Скорость фильтрации определяет окислительно-восстановительные процессы в почве, динамику и качественный состав биогенных элементов, а также служит важным фактором регулирования содержания токсичных солей в почвенном профиле.

Основным показателем гидрогеологического блока для оценки агроэкологического потенциала плодородия рисовых земель является УГВ рисовых оросительных систем в межполивной период - оптимальное значение 2,0 м и ниже. При отклонении УГВ от этой величины в сторону повышения урожайность растений риса постепенно снижается: при подъеме грунтовых вод до 0,5 м - в 2 раза и более.

Значимым компонентом при агроэкологической оценке рисовых земель выступает также агроклиматическая характеристика: ФАР и сумма положительных среднесуточных температур ? 10°С за период с 20 апреля по 20 сентября. Микроклимат в пределах третьего агроклиматического района Краснодарского края (куда относится территориально зона рисосеяния дельты р. Кубань) в период вегетации растений риса может колебаться. В отдельные неблагоприятные годы это обстоятельство заметно отражается на развитии и урожайности растений риса. Однако, в целом ФАР и сумма эффективных среднесуточных температур, достигающая в период вегетации риса 3000°С, обеспечивают необходимые условия для произрастания районированных в крае сортов риса и могут быть приняты за оптимальные (коэфицииент оптимальности 1) [28, с. 33-38].

На основании этих методологических разработок, для зоны рисоводства Краснодарского края производится дифференциация земель, представленных 87 почвенными разностями по категориям в границах 5 рисоводческих агроландшафтов. Для каждой культуры рисового севооборота выделяют 5 категорий и четыре подкатегории по степени благоприятности условий для их произрастания: с I - наиболее благоприятной по V - непригодную для возделывания культур. Для выделения категорий используют 100-бальную оценку земель, в зависимости от соответствия представленных характеристик территории требования сельскохозяйственных культур. Методическая основа разработки баллов разработана сотрудниками ВНИИ риса [34, с. 22-29], и базируются на агроклиматическом факторе с учетом лимитирующих свойств почв. Таким образом, максимальный агроэкологический балл произрастания культур, при отсутствии ограничений по почвенным (и агроклиматическим) условиям, равняется 100 баллам. При наличии факторов, осложняющих произрастание культур, максимальная сумма баллов может уменьшаться на 10-60 %, или до 40-90 баллов соответственно.

Земли I категории соответствуют оценке 100-80 баллов с двумя подкатегориями: земли очень высокого агроэкологического качества (?90 баллов) и высокого агроэкологического качества (89-80 баллов). Характеризуется условиями, при которых оказывается возможной максимальная реализация адаптивного потенциала культуры; допустимо снижение урожайности на 10-20 %.

II категория земель соответствует оценке 70-79 баллов. Это земли среднего агроэкологического достоинства, допустимо снижение урожайности до 30 %.

III категория земель оценивается в 60-69 баллов. Земли удовлетворительного агроэкологического качества; допустимо снижение урожайности до 40 %.

IV категория земель отвечает оценке 50-59 баллов. Характеризуются как земли малоудовлетворительного агроэкологического качества; допустимо снижение урожайности до 50 %.

V категория земель имеет оценку ниже 50 баллов. Это земли неудовлетворительного агроэкологического качества. При возделывании сельскохозяйственных культур недобор урожая составляет 50 % и более по отношению к оптимальным условиям. Использование таких земель для получения растениеводческой продукции без коренных мелиораций нецелесообразно.

Отдельным блоком рассматриваются наиболее значимые агробиологические требования культур к условиям произрастания. Сведения о них представлены в различных источниках, составленных на основе изучения многолетних данных [1, 41].

Заключающим этапом работы по агроэкологической оценке и дифференциации, является составление карт агроэкологических категорий земель рисовых агроландшафтов дельты р. Кубани для исследуемых культур севооборота. Карта составляется на основе макета карты-схемы рисоводческих агроландшафтов дельты р. Кубани в масштабе 1: 200000, на которой с помощью условных знаков или цветовым фоном отмечаются категории земель с I по V.

Применение предлагаемой методики оптимизации производства на рисоводческих предприятиях на базе учета и анализа природно-ресурсного потенциала в условиях конкретного хозяйства, агроэкологической дифференциации земель позволит повысить эффективность их использования на 15-20 %, а также будет способствовать обеспечению экологической устойчивости рисовых мелиоративных агроландшафтов [7, с. 3-11].

4. Результаты исследований

На основании проведенного ранее эколого-ландшафтного анализа [34, с. 5-7], включающего оценку климатических, геологических, геоморфологических условий, литологии, гидрологии, гидрографии, геохимии, растительности и почвы, для зоны рисоводства Краснодарского края были выделены шесть ландшафтов, в том числе один ненарушенных (биогенный) и пять гидроморфных (рисовых) агроландшафтов: внедельтовый, дельтовый, переходнодельтовый, стародельтовый, долинный. Распределение рисовых агроландшафтов в дельте р. Кубани представлено на рисунке 2.

Рисунок 2 - Карта-схема рисовых агроландшафтов дельты р. Кубани

При определенной общности районных агроландшафтных макроструктур, в каждом из них можно обособить мезоморфологические структуры с более однородной агроэкологической обстановкой, в том числе почвенно-мелиоративной, гало-гидроморфной, микроклиматом, по составу естественной и культурной растительности.

Агроэкологическую группировку земель проводили внутри каждого агроландшафтного района на основе данных оценки природно-ресурсного потенциала региона, с одной стороны, и требований культур рисового севооборота к условиям среды, с другой.

В настоящей работе, агроэкологическая оценка и дифференциация земель проведена для следующих культур рисового севооборота:

- рис, как основная сельскохозяйственная культура рисовых агроландшафтов;

- люцерна, как незаменимая в хозяйственном, агротехническом и мелиоративном отношениях культура;

- озимая пшеница, как наиболее распространенная и занимающая наибольшие площади в составе предшествующих культур.

Проблеме выращивания промежуточных культур в рисовом севообороте посвящен ряд работ [42, 48]. Авторы подчеркивают, что промежуточные культуры способны извлекать из глубоких горизонтов почв элементы питания, непосредственно недоступные для риса, обеспечивая их транспортировку в пахотный горизонт. Промежуточные культуры в рисовом севообороте выполняют важную фитосанитарную функцию, способствуя очищению рисовых полей от сорняков, вредителей, возбудителей болезней. Корневые и послеуборочные остатки многолетних трав, выращенных в рисовом чеке, по своему действию приравниваются к 25-30 т/га навоза, а однолетних культур - к 10-15 т/га.

Возделывание промежуточных культур существенно улучшает водно-физические, физико-химические свойства и питательный режим почв рисовых полей.

4.1 Требования промежуточных сельскохозяйственных культур к условиям произрастания

Агроэкологическая составляющая условий роста и развития промежуточных культур включает характеристику этих растений как предшественников риса и одновременно риса - как предшественника промежуточных культур. В связи с этим, необходимо учитывать следующие обстоятельства:

- идеология и конструктивное решение рисовой системы предполагает, что система предназначена и приспособлена, в первую очередь, для выращивания риса, со всеми вытекающими неизбежными почвенно-мелиоративными трансформациями рисового поля.

- при выращивании риса под слоем воды почвы претерпевают необратимые физические, химические и биологические неогенетические преобразования, несвойственные богарным разностям. Почва заметно снижает свой агроэкологический потенциал, поэтому рациональное применение севооборотов является безальтернативной необходимостью в системе комплекса агромелиоративных мероприятий.

4.1.1 Рис

Ареал распространения риса обширен, что свидетельствует о весьма значительном адаптационном потенциале этого вида. Наиболее важными для риса экологическими факторами являются тепло, свет, вода и почва.

Рис - теплолюбивая культура. Требования к температурному режиму меняются по мере развития растений, и составляют в среднем 22-26°С.

Рис - гигрофит, поэтому для нормального развития большую часть вегетационного периода нуждается в наличии слоя воды на поле. Оптимальная температура оросительной воды - 20-25°С при росте проростков. Рис может возделываться на самых разнообразных почвах. Самыми подходящими почвами являются наносные почвы речных долин и приречных низменностей и вообще почвы среднетяжелые, богатые глинистыми и иловатыми частицами с непроницаемой подпочвой. Оптимальные условия рис находит на почвах, которые сформировались при участии гидрофитной растительности, и богатых органическим веществом. Это различные гидроморфные почвы - луговые, лугово-болотные, перегнойно-глеевые, различные слитые почвы.

Наиболее значимые требования исследуемой культуры к условиям среды представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Параметры агроэкологических условий произрастания риса

Примечания: 1 - * гранулометрический состав:Г₁ - легкоглинистый; Г₂ - среднеглинистый; Г₃ - тяжелоглинистый; Т - тяжелосуглинистый; С - Среднесуглинистый; Л - легкосуглинистый; Д - супесчаный; Е - песчаный.

Совершенно не пригодны под культуру риса песчаные, каменистые почвы и солончаки, а также легкие почвы. Недопустимо использовать под рис черноземы, не осложненные явлением слитости.

Оптимальная кислотность почвы при полной обеспеченности питательными элементами колеблется в пределах pH 4,0-5,7 [36, 41].

На исследуемой территории агроэкологическим требованиям произрастания риса в наибольшей степени соответствуют лугово-черноземные мощные и среднемощные почвы на деградированных лессовидных отложениях и аллювиальных глинах, луговые, аллювиальные луговые и лугово-болотные почвы сформированные на глинах, тяжелых суглинках (I категория земель). Они характеризуются условиями, при которых оказывается возможной максимальная реализация адаптивного потенциала культуры; допустимо снижение урожайности на 10-20 %.Эти почвы с мощностью гумусового слоя более 40 см, фильтрационной способностью от 0,01 до 0,002 м/сут. и УГВ в межполивной период не выше 1,5 м.

II категория земель представлена теми же почвами, что и I категория, но сформированные на аллювиальных средних суглинках. Допустимое снижение урожайности - 30 %. Обычная зональная агротехника для почв II категории должна дополняться мероприятиями по упорядочиванию водоотдачи и корректировке доз минеральных удобрений в связи с учетом потерь с фильтрационными водами. Грунтовые воды располагаются на глубине >1,5 м.

III категория земель характеризуется тяжелым гранулометрическим составом почв и пород, повышенным уровнем оглеения. Это создает предпосылки для развития слитизации, растрескивания и сильного уплотнения в сухие периоды, заплывания, переувлажнения и застаивания воды в период выпадения осадков. Для устранения или снижения действия факторов, лимитирующих плодородие, необходимы мероприятия по регулированию степени засоления, повышению водопроницаемости почвогрунтов. Допустимо снижение урожайности на 40 %.

IV категория земель характеризуется как земли посредственного (малоудовлетворительного) агроэкологического достоинства; допустимо снижение урожайности до 50 %. Почвы характеризуются крайне низкой или нулевой фильтрационной способностью. При сельскохозяйственном использовании необходимы мероприятия по понижению степени засоления, повышению водопроницаемости, понижению УГВ до проектных отметок.

Земли, относящиеся к V категории - неудовлетворительного агроэкологического достоинства. При возделывании на них риса недобор урожая может составлять более 50 % по отношению к оптимальным условиям. Использование таких земель для получения растениеводческой продукции без коренных мелиораций не целесообразно. К данной категории относятся сильносолончаковые виды аллювиальных лугово-болотных почв и солончаки лугово-болотные.

4.1.2 Люцерна

Люцерна в рисовом севообороте является незаменимой в хозяйственном, агротехническом и мелиоративном отношениях. Ее агрономическое значение заключается в обогащении почвы свежей органикой высокой биологической ценности, накоплении в почве, кроме массы полезных растительных остатков до 180-240 кг/га азота в белковой форме. Растительные остатки активно влияют на плодородие рисового поля, повышая биологическую активность почвы, запасы гумуса и подвижных элементов минерального питания.

Мелиорирующая роль люцерны заключается в понижении УГВ с 0,7 до 2 м и более, восстановлении окислительно-восстановительного баланса. Урожайность риса по пласту многолетних трав даже без применения удобрений достигает 6 т/га и более, а последействие от культуры сохраняется и по обороту пласта [36, с. 160-161]. Агроэкологические требования культуры представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Параметры агроэкологических условий произрастания люцерны

Примечания: 1 - глина, 2 - тяжелый суглинок, 3 - средний суглинок, 4 - легкий суглинок, 5 - супесь, 6 - песок.

Из культур рисового севооборота люцерна наиболее толерантна к перепадам плодородия почв. Она произрастает на почвах с небольшой мощностью гумусового профиля и низким - до 1-2 % _ содержанием гумуса в А_пах. Растет на почвах от легко- и среднеглинистых до легкосуглинистых. Почвы тяжелоглинистые и песчаные для возделывания люцерны непригодны.

Культура выносит плотность сложения почв до 1,5-1,6 г/см³, а УГВ, наиболее оптимален при его стоянии от 0,7 до 1,5 м. Люцерна слабо реагирует на осолонцевание, если содержание поглощенного натрия в ППК не превышает 7 %. На степень засоления отзывается примерно, как и озимая пшеница (допустимо содержание солей до 0,6 %) [48].

Оптимальная реакция почвенного раствора для люцерны - нейтральная; слабокислая и сильнощелочная недопустимы. Сопоставив требования люцерны к почвенно-мелиоративным условиям произрастания с фактически имеющими место в указанных агроландшафтах, можно заключить, что эти территории благоприятны для возделывания люцерны в рисовых севооборотах.

Некоторого снижения урожайности люцерны закономерно следует ожидать на осолонцованных и засоленных разностях, а также - разновидностях легкого гранулометрического состава, которых в рисовых агроландшафтах немного.

Агроклиматическая ситуация в агроландшафтах также соответствует требованиям культуры. Это относится как к сумме положительных температур воздуха, так и запасам влаги в почве в отдельные ключевые фазы вегетации, ГТК, относительной влажности воздуха. Агроэкологические условия произрастания люцерны в рисовых агроландшафтах на 84-100 % их территорий весьма благоприятны и относится к I категории. К данной градации качества отнесены все незасоленные и слабозасоленные лугово-черноземные, луговые, аллювиальные луговые и аллювиальные лугово-болотные почвы.

Почвы аллювиальные перегнойно-глеевые, в том числе глубокосолончаковые, отнесены к III категории агроэкологического достоинства.

Почвы IV категории немного. Это аллювиальные лугово-болотные среднесолончаковые средне- и тяжелосуглинистые на озерно-лиманных оглеенных глинах.

Почвы V категории выделяются также спорадически на территории младодельтового агроландшафтного района. Представлены аллювиальными лугово-болотными и перегнойно-глеевыми сильносолончаковыми почвами тяжелого гранулометрического состава на озерно-лиманных оглеенных глинах. Эти земли для использования под люцерну без предварительного коренного улучшения непригодны.

4.1.3 Озимая пшеница

Посевы озимой пшеницы распространены во всех рисосеющих хозяйствах рисовых агроландшафтов. Культура возделывается как на зерно, так и на зеленый корм, сено, сеннаж, силос.

Реакция данного растения на почвенные условия неоднозначна. Лучше озимая пшеница растет на землях с мощностью гумусового слоя не менее 65 см. На маломощных разностях возделывать ее экономически нецелесообразно. Оптимальными являются разновидности тяжелосуглинистого гранулометрического состава. Для озимой пшеницы предпочтительны почвы с величиной объемной массы пахотного и подпахотного горизонтов в пределах 1,10-1,35 г/см³ и не переносит >1,45 г/см³. Отмечаемая выше на рисовых полях благоприятная ситуация с водообеспеченностью растений смягчает последствия повышенного уплотнения почвенного профиля.

Озимая пшеница чувствительна и к гумусированности почв, при обеспеченности пахотного горизонта гумусом менее 2 % она значительно снижает урожайность.

Требования культуры к агроклиматическим особенностям представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Параметры агроэкологических условий произрастания озимой пшеницы

Примечания: * - гранулометрический состав; 1 - глина, 2 - тяжелый суглинок, 3 - средний суглинок, 4 - легкий суглинок, 5 - супесь, 6 - песок.

Благоприятная реакция почвенного раствора нейтральная-слабощелочная (рН 6,5-7,5). Растения не переносят кислую и сильнощелочную реакцию среды. Культура чувствительна к содержанию поглощенного натрия и водорастворимых солей, предпочитая их отсутствие или степень проявления признаков не выше слабой. Уровень грунтовых вод вполне допустим на глубине около 1 м, при их минерализации до 1 г/л [1, с. 127].

В исследуемых агроландшафтах агроэкологическим требованиям озимой пшеницы к произрастанию в наибольшей степени соответствуют лугово-черноземные почвы на аллювиальных легких глинах и суглинках (I категория земель). Они, как правило, характеризуются большой мощностью почвенного профиля, хорошо гумусированы, имеют благоприятную реакцию почвенной среды и плотность сложения, тяжелосуглинистый гранулометрический состав. Характеризуются высшей оценкой агроэкологического качества - 90 баллов. Почвы той же генетической принадлежности, но глинистого гранулометрического состава, а также глубокосолончаковатые оцениваются в 80 баллов, что на практике сопровождается снижением урожайности до 20 %.

К землям высокого агроэкологического качества относятся также луговые среднемощные тяжело- и среднесуглинистые почвы, сформированные на аллювиальных легких глинах и суглинках.

Луговые среднемощные легкоглинистые глубокозасоленные почвы на аллювиальных огленных глинах, а также аллювиальные луговые среднемощные глинисто-суглинистые почвы на аллювиальных глинах, суглинка и супесях со слабогумусированным гумусовым горизонтом мощностью 40-50 см. Относятся ко II агроэкологической категории с оценкой 70 баллов.

К III категории земель малоудовлетворительного агроэкологического качества, оцененной в 60 баллов, отнесены аллювиальные лугово-болотные, в том числе засоленные, глинистые-тяжелосуглинистые почвы на аллювиальных оглеенных глинах. Они имеют небольшую мощность почвенного профиля, высокое уплотнение и гидроморфность, низкую фильтрационную способность. Эти обстоятельства способствуют сокращению урожайности культур на 40 %.

Земли IV категории - малоудовлетворительного агроэкологического достоинства имеют оценку 50 баллов. Представлены аллювиальными перегнойно-глеевыми, в том числе солончаковатыми и слабосончаковыми, средне- и тяжелоглинистыми почвами на озерно-лиманных оглеенных глинах.

К V категории земель неудовлетворительного агроэкологического достоинства относятся аллювиальные перегнойно-глеевые и лугово-болотные сильносолончаковые глинистые почвы на озерно-лиманных глинах с агроэкологической оценкой 40 баллов.

Анализ агроэкологического качества земель позволяет заключить, что использование земель IV категории и ниже под посевы озимой пшеницы может быть экономически нецелесообразно.

4.2 Дифференциация земель рисовых агроландшафтов

На основании проведенного анализа требований сельскохозяйственных культур рисового севооборота (рис, люцерна, озимая пшеница) к агроэкологическим условиям произрастания, а также свойств почв, представленных на исследуемой территории, была проведена работа по дифференциации рисовых агроландшафтов дельты р. Кубани по категориям, отражающим степень благоприятности существующих условий для возделывания культур. Наиболее благоприятные агроэкологические условия для роста и развития всех представленных промежуточных культур сложились во внедельтовом агроландшафтном районе. Здесь все земли рисовых оросительных систем отнесены в I категории. Почвенный покров представлен лугово-черноземными сверхмощными и мощными легкоглинистыми почвами на деградированных лессовидных глинах.

Стародельтовый агроландшафтный район так же является благоприятным для исследуемых культур.

Таблица 4 - Распределение земель в рисовых агроландшафтах низовий р. Кубани по агроэкологическим категориям для культур рисовых севооборотов, % от площади агроландшафтного района

Наиболее дифференцированными являются младодельтовый и долинный агроландшафтные районы. Это связанно с неоднородностью почвенного покрова, обширно представлены почвенные разности.

Люцерна, как менее требовательная к условиям произрастания может участвовать в севооборотах на всех представленных агроландшафтах. 100 % земель внедельтового, стародельтового и переходнодельтового районов относятся к I категории; в условиях младодельтового агроландшафтного района - 84 %, по 7 % отнесены к землям II и III категории, и лишь 2 % являются полностью непригодными для возделывания данной культуры. В долинном агроландшафтном районе земли распределены между I и II категориями - 86,5 % и 13,5 % соответственно. Распределение земель дельты по категориям представлено на рисунке 3.

Рисунок 3 - Агроэкологические категории земель дельты р. Кубани для люцерны

Озимая пшеница менее толерантна, и, следовательно, земли, удовлетворяющие ее требования, занимают меньшие площади. Так, наиболее обширные площади, отнесенные к I категории, представлены во внедельтовом и стародельтовом агроландшафтном районах. Непригодных для выращивания пшеницы (земель V категории) немного - 2,0 % в младодельтовом, и 2,3 % в долинном районе. Последние, также, являются наиболее дифференцированными и представляют все возможные категории, так как по плодородию являются наиболее сложными и пестрыми. Распределение земель по категориям представлено на рисунке 4.

Рисунок 4 - Агроэкологические категории земель дельты р. Кубани для озимой пшеницы

Для культуры риса на рассматриваемой территории наиболее благоприятными являются так же внедельтовый и стародельтовый район. В переходнодельтовом районе большинство почв (67,5 %) отнесены ко II категории, а земель I категории - всего 26,4 %. Как и для люцерны и озимой пшеницы, наиболее дифференцированы младодельтовый и долинный рисовый агроландшафт. Непригодными для возделывания этой культуры являются 0,4 % земель стародельтового района и 0,8 % младодельтового агроландшафта. Распределение земель по категориям представлено на рисунке 5.

Рисунок 5 - Агроэкологические категории земель дельты р. Кубани для риса

Заключение

Современные системы земледелия являются наиболее эффективными, если они учитывают агроэкологические условия среды и биологические требования сельскохозяйственных культур. Результатом проведенной работы являются следующее:

- проведен анализ требований сельскохозяйственных культур рисового севооборота к условиям среды произрастания, выявлены ключевые факторы, учитываемые при агроэкологической оценке земель. Так, при оценке земель учитывают параметры следующих структурных блоков: почвенного, агроклиматического, гидрологического и землепользовательского. Установлено, что III агроклиматический район, к которому относятся все рисовые агроландшафты дельты р. Кубани, в целом является благоприятным для возделывания этих культур. Водообеспеченность так же близка к оптимальной. Таким образом, наиболее значимым фактором выступает здесь эдафические условия среды. Распределение культур внутри агроэкологических районов напрямую зависит от пестроты почвенных разностей, различных по своим свойствам.

- подробно изучены почвенные условия района исследований. Абсолютное большинство почв в рисоводческих агроландшафтах оцениваются в 100-70 баллов. Эти показатели можно отнести к категории высокой и хорошей оценок в отношении агроэкологических условий возделывания озимой пшеницы, люцерны и риса. Проанализированы наиболее значимые свойства этих почв, и проведено их соответствие требованиям сельскохозяйственных культур. Так, на карте агроэкологических категорий земель рисовых агроландшафтов Кубани в границах пяти рисоводческих агроландшафтов обособлено 87 наименований почв. Все они, вне зависимости от генезиса, отнесены к типу «рисовые». На подтиповом уровне здесь выделяются лугово-черноземные, луговые, аллювиальные луговые, аллювиальные лугово-болотные. К последним на родовом уровне относятся перегнойно-глеевые и торфяно-глеевые образования. Наиболее значимыми являются следующие параметры: морфологические - мощность гумусового профиля, степень гидроморфизма; агрофизические - гранулометрический состав, плотность сложения, пористость, водообеспеченность, водопроницаемость; химические и физико-химические - содержание гумуса, засоление, осолонцевание, рН, ППК и другие;